单片机在电冰箱智能模糊控制中的应用

收稿日期:2003-01-20 修订日期:2003-06-04

作者简介:江明(1965-),男,安徽芜湖人,安徽工程科技学院电气工程系副教授,硕士。硕士生导师,主要从事机电控制技术研究。

单片机在电冰箱智能模糊控制中的应用

江　明1;王龙明2

(1.安徽工程科技学院电气工程系,安徽　芜湖241000;2.安徽芜湖卷烟厂,安徽　芜湖241000)

摘　要:介绍了采用模糊控制技术实现冰箱温度控制,包括食品表面温度的模糊检测、基于三星单片机的模糊控制器、硬件电路和软件的设计。关键词:冰箱温控;模糊控制;单片机中图分类号:TP273+・4;T M925・21 文献标识码:A 文章编号:1001-4551(2003)04-0027-03

Application of Freezer T emperature Fuzzy Contool B ased on Single Chip Microcomputer

J I ANG Ming 1,W ANGLong 2ming 2

(1.Department o f Electrical Engineering ,Anhui Univer sity.o f Technology and Science ,Wuhu 241000,China ;

2.Wuhu Cigarette Factory ,Wuhu 241000,China )

Abstract :This paper introduces a freezer temperature control based on fuzzy control ,it includes surface temperature of food fuzzy measured ,design of fuzzy controller ,hardware circuit and s oft program based on single chip microcomputer of samsung electronics C o.,ltd.

K ey w ords :freezer temperature control ;fuzzy control ;single chip microcomputer

1　前　言

电冰箱作为应用较为普及的家用电器,近年来,随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展,其呈现迅猛发展,电冰箱向大容量、多功能、无氟、节能、智能化、人性化方向发展,因此传统的机械式、简单的电子控制难以满足现代冰箱的发展要求。电冰箱一般设有冷冻室和冷藏室。冷冻室的温度为:-16～-24℃。冷藏室的温度为:2～8℃。

电冰箱控制的主要任务就是保持箱内食品最佳温度,达到食品保鲜的目的。由于冰箱内温度受多种不确定因素影响,如放入冰箱中物品的温度、热容量以及物品的充满率、开门的频繁程度等,冰箱内的温度场的数学模型很难建立,因此无法用传统的控制方法实现精确控制,采用模糊控制技术可以方便地提高控制精度,配以电子温度检测,对压缩机的工作状态进行调节,达到精确控温和节能的目的。2　模糊控制系统的硬件构成针对电冰箱的冷冻室和冷藏室温度控制,常采用双温单控和双温双控的方法。本系统采用双温双控分别对冷冻室、冷藏室实行模糊控制。

本控制器选择了三星单片机系列中的1种8位单片机K S86C4208,构成控制器的核心,它在30脚的封装内集成了下列功能:片内8K B OTP 程序存储器、片内256字节RAM 、4个可编程I/O 口、2个8位定时/计数器、12个10位A/D 转换器、2个12位PW M 输出、一个IIC BUS 接口、一个串行I/O 口和一个具有9个中断源的中断系统,控制器的电路原理图,如图1所示。2.1　检测电路构成

电冰箱的检测是影响电冰箱性能的主要因素,它包括被控温度检测、电源电压检测和门状态检测。2.1.1　温度检测电冰箱的温度检测包括冷冻室、冷藏室、蒸发器和环境温度测量。温度传感器采用精度高、性能可靠、寿命长、价格低廉的热敏电阻,配3只电阻构成如图1所示的简单测温电路,由传感器和电阻分压构成可靠的取样信号,信号无需放大,直接送给单片机A/D 转换接口,由软件实现线性化和数字滤波。测温精度在宽范围内:-50～+50℃,达到0.5℃。

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图1　系统硬件电路原理图

2.1.2　电冰箱断电时间检测电路

为了克服传统的电子温控冰箱的控制器重新上

电,无论压缩机断电时间是否已超过5min ,都需要再延迟5min 后,才能启动压缩机的缺陷。根据电容充放电延迟的特性,通过单片机对上电瞬时电容上的电压采集,就可确定电冰箱停电(压缩机停机

)是否已超过5min 。

2.1.3　电源电路与过欠压检测

电源电路与过欠压检测电路由变压器,整流桥、滤波电路、压敏电阻、集成稳压器构成。2.2　电冰箱控制输出电路

电冰箱控制电路包括压缩机控制电路、电磁阀控制电路、电加热丝控制电路、门灯控制电路,它们的结构类似,通过单片机的输出口线驱动相应的继电器,控制不同的控制执行部件。3　模糊控制器的设计

目前,电冰箱正向大容量、多门无氟、准确控温保鲜等方向发展。为了实现各室的准确控温,本设计控制温度的手段采用模糊制技术控制压缩机的开停、电磁阀的得失电和循环风机的开停等。模糊控制器的设计,包括:制冷的工作状态、输入变量的选择、取值范围的确定、输入输出变量隶属度函数的类

别、模糊推理规则和算法的确定等。

3.1　模糊控制的构成

冰箱的作用是保持食品的低温存储,仅仅保持冰箱的室温是不够的,高性能的冰箱要有自动检测食品温度的功能,以此来确定工况,控制压缩机的开停、电磁阀的得失电和循环风机的开停等,确保不出现过冷现象。模糊控制器的框图,如图2所示。

图2　模糊控制器的框图

3.2　食品温度初判

考虑到控制精度和简化程序的要求,定义冷冻

室温度T d 0[2,-24]和冷藏室温度T c 0[1,10],以冷冻室为例模糊化子集分为低(L )、中(M )、高(H )3

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